Recycling ist nicht nur gut für die Umwelt , es ist gut für das Gehirn. Eine Studie mit Ratten- Zellen zeigt, dass schnell Entrümpelung fehlerhafte Proteine im Gehirn können Verlust der Gehirnzellen zu verhindern.
Ergebnisse einer Studie, in Nature Chemical Biology nahe, dass die Geschwindigkeit, mit der beschädigte Proteine von Neuronen kann das Zellüberleben betreffen gelöscht und könnte erklären, warum einige Zellen sind für den Tod in neurodegenerativen Erkrankungen ausgerichtet. Die Forschung wurde von der Nationalen Institut für Neurologische Erkrankungen und Schlaganfall ( NINDS ) , Teil der National Institutes of Health .
Eines der Geheimnisse um neurodegenerative Erkrankungen ist, warum einige Nervenzellen für die Zerstörung markiert , während ihre Nachbarn verschont werden . Es ist besonders verwirrend , da das Protein gedacht für den Zelltod verantwortlich ist im gesamten Gehirn in viele dieser Krankheiten , jedoch nur bestimmten Hirnbereichen oder Zelltypen beeinflußt werden gefunden.
in Huntington -Krankheit und viele andere neurodegenerative Erkrankungen , Proteine, die falsch gefaltet sind ( abnorme Formen ) , reichern sich in und um Neuronen und werden gedacht, um Schäden und töten in der Nähe Gehirnzellen. Normalerweise spüren Zellen das Vorhandensein von fehlerhaften Proteine und klare sie weg, bevor sie Schaden anrichten . Dies wird durch ein Verfahren namens Proteostase , die die Zelle auf Protein-Ebene und der Qualitätskontrolle verwendet geregelt.
In der Studie, S. Andrey Tsvetkov und seine Kollegen von der University of California, San Francisco ( UCSF ) und der Duke University , Durham, NC, hat gezeigt, dass Unterschiede in der Rate der Proteostase kann den Schlüssel zum Verständnis , warum bestimmte Nervenzellen sterben Chorea Huntington , eine genetische Erkrankung des Gehirns, unkontrollierte Bewegungen und Tod führt.
Zu messen, wie schnell Proteine von Zellen gelöscht , entwickelten die Forscher eine neue Technik namens optische Pulsmarkierung , so dass sie spezifische Proteine in einzelnen lebenden Zellen zu folgen. Um die Technik zu testen, wurden sie Gehirnzellen in einer Schale und eingeschaltet Dendra2 , einer photo Protein, das von grün auf rot , nachdem er von einer bestimmten Art von Licht getroffen glüht. Sowohl die rot und grün leuchten kann gefolgt werden, bis das Protein von der Zelle gelöscht. Auf diese Weise konnten die Forscher die Lebensdauer der neu produzierten Dendra2 und älter (die grün leuchtet ) verfolgen , photoswitched Dendra2 (die rot leuchtet ), bis das Protein von der Zelle gelöscht.
" Vor dieser neuen Technik , gibt es keine Möglichkeit, an einzelnen Neuronen zu schauen und ihre Fähigkeit, Proteine zu behandeln. Diese Methode bietet eine Echtzeit- Anzeige wie schnell Proteine werden über in Neuronen aktiviert und gibt uns einen Blick auf einige der Mechanismen ", sagte Margaret Sutherland , Ph.D., Programm-Direktor bei NINDS .
Die Forscher folgten Dendra2 in einer Reihe von Striatum- Neuronen , die sie von Ratten erhalten . Das Striatum (wobei striatalen Neuronen befinden) ist eine Region des Gehirns in einer Anzahl von Gehirnfunktionen einschließlich Planung Bewegungen beteiligt und am stärksten betroffenen bei der Huntington- Krankheit. Sie entdeckten, dass die mittlere Lebensdauer des Proteins ( wie lange es in der Zelle blieb ) variiert Drei- bis Vierfache , was darauf hindeutet , dass die Raten der Proteostase waren unterschiedlich zwischen den einzelnen Neuronen. In anderen Worten können einige Zellen eine identische Protein viel langsamer als andere verarbeiten.
Dann untersuchten die Forscher , wie Zellen beschäftigen sich mit verschiedenen Formen von Huntingtin , das Protein in Huntington beteiligt. Sie fusionierten Dendra2 am Ende eines normalen oder mutanten Version von Huntingtin zu verfolgen, wie lange das Protein weiterhin in den Zellen. Das mutierte Version von Huntingtin länger ist, und enthält drei Bausteine des Proteins wiederholt eine ungewöhnliche Anzahl von Malen . Diese Wiederholungen im Huntingtin sind, was dazu führen, dass Fehlfaltung , was schließlich zum Tod und die Symptome der Krankheit Neuron . Wie vorhergesagt , in ihren Experimenten , die mutierte Form des Huntingtin verursacht mehr Rattenzellen zu sterben, als habe die normale Form des Proteins .
Die Forscher fanden heraus , dass die Menge an Zeit, das mutierte Protein blieb in der Zelle vorhergesagt neuronale Überleben : kürzere mittlere Lebensdauer von mutiertem Huntingtin wurden mit mehr neuronale Überleben verbunden. Eine kürzere mittlere Lebensdauer anzeigt, daß ein Protein nicht in der Zelle für eine lange Zeit bleiben und dass Proteostase effektiv arbeitet , um es zu beseitigen . Dies deutet darauf hin , dass die Verbesserung Proteostase in Huntington- Gehirn kann das neuronale Überleben zu verbessern.
Um diese Idee zu testen, aktiviert die Forscher Nrf2 , ein Protein bekannt, Proteinverarbeitung regulieren. Wenn Nrf2 aktiviert war , wurde die mittlere Lebensdauer von Huntingtin verkürzt und das Neuron länger lebten .
" Nrf2 scheint wie eine potenziell spannende therapeutisches Ziel . Es ist in unserem Modell der Huntington- zutiefst neuroprotektive und die Clearance von mutiertem Huntingtin beschleunigt ", sagte Dr. Steven Finkbeiner, der leitende Autor des Papiers.
Obwohl beide Striatum und kortikalen Neuronen werden von mutiertem Huntingtin betroffen sind striatalen Neuronen anfälliger für Zelltod. Die Forscher stellten fest , dass striatalen Neuronen waren nicht so effektiv wie kortikalen Neuronen zu erkennen und den Abbau der mutierten Protein .
. " Eine überraschende Erkenntnis aus diesen Experimenten war die Bedeutung der einzelnen Zellen die Fähigkeit zu mutiertem Huntingtin löschen Es stellte sich heraus , dass diese Fähigkeit weitgehend vorhergesagt ihre Anfälligkeit , ob das Neuron kam von der schwächsten Region des Gehirns - Striatum oder der Hirnrinde , die weniger anfällig ist ", sagte Dr. Finkbeiner . Die Ergebnisse zeigen, daß die Toxizität der beschädigten Proteine Neurodegeneration durch Stören der Proteostase System beeinflussen , wie schnell sie von Neuronen gelöscht verursachen.
" Die Ergebnisse sollten uns daran erinnern, dass die Konzentration auf die krankheitsverursachender Proteine ist nur eine Seite der Medaille. Um zu verstehen, warum manche Zellen sterben und andere verschont werden , die wir benötigen, um zu erkennen , dass es große , weitgehend unerkannt zellspezifische Unterschiede in der die Möglichkeiten, dass verschiedene Typen von Nervenzellen zu erkennen und zu entsorgen krankheitsverursachender Proteine ", so Dr. Finkbeiner .
Die Forscher untersucht mögliche Mechanismen hinter Unterschiede in Proteostase . Eine Möglichkeit , die Zellen, die normalerweise von Proteinen loszuwerden, ist durch Autophagie - ein Verfahren, bei dem Proteine bis zu Kugeln verpackt und dann abgebaut. Ergebnisse in diesem Papier vorgeschlagen, dass Nervenzellen erhöht die Rate von Autophagie , als sie spürte, dass die mutierte Form des Huntingtin wurde ansammeln , was auf die Autophagie System kann ein Medikament Ziel sein .
"Diese Ergebnisse belegen, dass unsere Gehirne haben leistungsfähige Bewältigungsmechanismen , mit krankheitsverursachender Proteine befassen . Die Tatsache, dass einige dieser Krankheiten verursachen keine Symptome, können wir bis zum vierten oder fünften Lebensjahrzehnt zu erkennen , auch wenn das Gen ist von Geburt an vorhanden ist, legt nahe, dass diese Mechanismen sind ziemlich gut ", sagte Dr. Finkbeiner .
Die zukünftige Forschung ist notwendig, um festzustellen, warum Bewältigungsmechanismen nicht als Gehirnzellen Alter und wie Nervenzellen im gesunden Gehirn halten die Proteostase System funktioniert.
"Neue Forschungsmethoden , die uns helfen zu verstehen, wie einzelne Nervenzellen funktionieren wird unser Verständnis von Erkrankungen des zentralen Nervensystems zu erhöhen und dazu beitragen, neue Behandlungsmethoden . Es ist wichtig , weiterhin auf die Verfahren, wie sie in diesem Papier beschrieben ", so Dr. Sutherland.